重力改变对人体心血管循环系统影响的仿真研究

摘要

随着人类航空航天事业的飞速发展，在飞行过程中如何为航天员提供舒适健康的工作环境，提高工作效率已经成为各国科研工作者的一致目标。航天飞行过程中面临的失重/微重力环境导致人体血液体液重新分布，影响心血管循环系统的正常运转，危害航天员的舒适健康，阻碍飞行过程中各项工作的有效完成。因此，研究失重/微重力环境对人体心血管循环系统各项生理参数的影响以及重力改变后各参数的变化规律，对于预防重力变化引发的不良影响，保证航天员的舒适健康以及提高各项工作的完成能力具有重要意义。　　目前，对人体心血管循环系统的研究主要分为试验法以及建模仿真法。试验法包括直接对人体进行测量和试验以及通过动物实验将数据外推于人体，二者均受到伦理道德及技术手段等方面的制约，且耗时耗力。建模仿真方法可以突破上述限制，并且以其灵活有效的特点成为研究心血管循环系统的重要手段。　　本文根据弹性腔模型理论，在原有心血管循环系统数学模型的基础上，引入了重力变化对血液静压的影响，采用 Simulink/Matlab软件建立了能够预测重力变化对人体心血管循环系统影响的仿真模型。模拟了正常重力环境下人体心血管循环系统的基本生理参数，与试验值比较验证了模型的准确性；仿真了失重/微重力环境下各生理参数的变化规律，得到失重/微重力环境下体动脉压力、左右心室压力、左心室容积及左右心室血流量的波形与正常重力环境下基本一致，重力减小导致舒张压与收缩压降低、左右心室压力升高、左心室容积增大、左右心室血流量增大；预测了重力改变对人体血液动力学参数的影响，随着重力增大，平均动脉压及心率将会升高。　　本文是研究重力变化对心血管循环系统生理参数影响的初步尝试，所建立的模型具有运行速度快、仿真结果精确、适用性广等优点。为进一步研究重力对人体血液分布的影响，建立适用于失重/微重力环境下的人体热调节系统数学模型，提高航天飞行过程中人体的热舒适程度打下了坚实的基础。

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第一章 绪论

1.1研究背景与研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3研究课题来源及主要研究内容

第二章 基本理论及研究方法

2.1心血管循环系统的生理知识

2.2心血管循环系统的调节机制

2.3失重或模拟失重对心血管循环系统的影响

2.4血液动力学参数与电学量的类比关系

2.5弹性腔模型理论

2.6建模仿真软件简介

2.7本章小结

第三章 心血管循环系统仿真模型的建立

3.1心脏模块

3.2体循环模块

3.3肺循环模块

3.4神经控制模块

3.5本章小结

第四章 仿真结果分析

4.1 正常重力环境下心血管基本生理参数

4.2失重与微重力环境下心血管基本生理参数

4.3重力改变对血液动力学参数的影响

4.4本章小结

第五章 总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

攻读学位期间主要成果

致谢